JP4849884B2

JP4849884B2 - 生体情報送信機

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Publication number: JP4849884B2
Application number: JP2005364664A
Authority: JP
Inventors: 吉則菅井
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2025-12-19
Also published as: DE102006057980A1; JP2007167102A; GB2433387B; GB2433387A; US7750822B2; US20070146161A1; GB0625200D0

Description

本発明は、心拍等の生体信号を検出して送信する生体情報送信機に関する。

従来から、心拍、脈拍、歩数等の人の生体情報を測定する生体情報測定装置が開発されている。
例えば、生体情報測定装置の一種である心拍計として、生体信号である心拍信号を検出して対応する生体情報信号を無線送信する生体情報送信機を、チェストベルトで使用者の胸に圧接した状態で装着し、前記生体情報を腕時計形状の生体情報受信機によって受信し、前記心拍値の表示等を行うようにした心拍計が開発されている。

生体情報送信機における生体情報の送信方式として、心拍信号を生体情報送信機側で計測し加工して送信するものや、心拍信号に合わせて対応する生体情報信号を出力するものなどがある（例えば、特許文献１、２参照）。
どちらも通常外来からのノイズの影響を軽減するため、搬送波に載せて送信するのが一般的であるが、前者の方式では送信機側によって演算処理を行うため、送信機側における構成の簡略化等の観点からは後者の方式の方が好ましい。

しかしながら、後者においても、専ら電源は電池を使用するため、消費電力の低減が重要になる。
前記従来の送信機では、心拍信号に合わせて搬送波を出力する際に、自励発振を利用して電力低減を行っている。これにより、消費電力の低減化が可能になる。
しかしながら、自励発振では短時間で信号レベルが減衰するため、電池の消耗に伴って電源電圧が低下した場合に、通信距離が極端に短くなってしまうという問題がある。

特開２００２−１４８３６９号公報の段落〔０００７〕〜〔０００９〕及び図１特開平５−３１７２７８号公報の段落〔０００６〕〜〔００１０〕及び図２

本発明は、上記問題を解消するためになされたもので、生体情報送信機において、電源電圧が低下した場合でも通信可能な距離が短くなるのを抑制することを課題としている。

本発明によれば、生体信号を検出する生体信号検出手段と、前記生体信号検出手段で検出した生体信号に対応する生体情報信号を出力する出力手段と、前記出力手段の送信出力を制御する制御手段と、少なくとも前記出力手段に駆動電力を供給する電源手段と、前記電源手段から供給される電源の電圧を検出して対応する電源検出信号を出力する電源検出手段とを備え、前記制御手段は、前記電源検出手段からの電源検出信号に応じて、前記出力手段の送信出力を制御することを特徴とする生体情報送信機が提供される。
制御手段は、電源検出手段からの電源検出信号に応じて、出力手段の出力電力を制御する。

ここで、前記出力手段は、前記生体信号に対応する前記生体情報信号を発生する自励発振手段を有し、前記制御手段は、前記電源検出手段からの電源検出信号に応じて前記自励発振手段の駆動タイミング出力電力を制御することによって、前記出力手段の送信出力を制御するように構成してもよい。
また、前記制御手段は、前記電源検出手段からの電源検出信号に応じて前記自励発振手段の出力電力を制御することによって、前記出力手段の送信出力を制御するように構成してもよい。

また、前記制御手段は、前記電源手段から前記出力手段に供給される電源電圧が所定電圧以下になったとき、前記自励発振手段の駆動周期を所定値に短くするように構成してもよい。
また、中央処理装置と、プログラムを記憶した記憶手段とを備えて成り、前記中央処理装置は、前記プログラムを実行することにより、前記制御手段として機能するように構成してもよい。

また、前記生体信号検出手段は前記生体信号として心拍、脈拍又は歩行を検出し、前記制御手段は、前記生体信号検出手段が前記生体信号を検出する毎に、前記生体情報を出力するように前記出力手段を制御するように構成してもよい。

本発明によれば、源原電圧が低下した場合でも通信可能な距離が短くなるのを抑制することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態に係る生体情報送信機について説明する。尚、各実施の形態は、生体情報送信機として心拍計用送信機の例で説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る生体情報送信機のブロック図である。
図１において、心拍計用送信機は、被測定者の心拍信号を検出して出力する心拍信号検出部１０１、心拍信号検出部１０１からの心拍信号を増幅して出力する心拍信号増幅部１０２、心拍信号の送信を制御する心拍信号送信制御部１０３、心拍信号送信制御部１０３からの制御信号に応答して起動信号を出力する共振起動発振部１０４、共振起動発振部１０４からの起動信号に応答して自励発振動作を行う共振起動部１０５及びアンテナ共振部１０６、電池部１０９の供給電圧を検出して対応する電源検出信号を出力する電圧検出部１０８、電圧検出部１０８からの電源検出信号に対応する周期で起動信号を出力するように共振起動発振部１０４の構成要素を切換制御する素子切換部１０７、心拍計用送信機の各構成要素（心拍信号検出部１０１〜電圧検出部１０８）に電源を供給する電池部１０９とを備えている。

ここで、心拍信号検出部１０１及び心拍信号増幅部１０２は生体信号を検出する生体信号検出手段を構成し、心拍信号送信制御部１０３、共振起動発振部１０４及び素子切換部１０７は制御手段を構成し、電池部１０９は電源手段を構成し、電圧検出部１０８は電源検出手段を構成している。また、共振起動部１０５及びアンテナ共振部１０６は、自励発振手段としての機能を有しており又、共振起動発振部１０４からの起動信号に応答して自励発振動作を行うことにより、前記心拍信号に対応するバースト信号形式の生体情報信号を発生して、生体情報受信機（心拍計の場合には心拍計用受信機）に無線（例えば電磁誘導）により送信する出力手段を構成している。

尚、電源電圧低下の際に通信距離が短くなるのを抑制するという観点からいえば、電源は必ずしも電池である必要はない。また、電池部１０９からは少なくとも前記出力手段に電力供給するように構成すると共に他の構成要素への電力供給は別の電源から行うように構成してもよく、必ずしも全ての構成要素に電源部１０９から供給するように構成する必要はない。
心拍計用送信機は、チェストベルト（図示せず）に一体的に設けられており、前記チェストベルトによって心拍信号検出部１０１は被測定者の胸に直接接するように装着して使用される。また、前記被測定者の腕には、腕時計機能を有し、心拍計用送信機から生体情報を受信して対応する心拍情報の表示等を行う心拍計用受信機（図示せず）が装着される。

図２は、図１における共振起動部１０５及びアンテナ共振部１０６の詳細を示す回路部である。図２において、共振起動部１０５は、抵抗２０１及びトランジスタ２０２を備えている。また、アンテナ共振部１０６は、抵抗２０３、アンテナコイル２０４、コンデンサ２０５、２０６を備えている。共振起動部１０５及びアンテナ共振部１０６によって自励発振回路が構成されている。
図３〜図５は、本第１の実施の形態に係る生体情報送信機から送信される生体情報信号の一部を示す波形図であり、共振起動部１０５を起動する起動信号の周期を順次短くするに従って、前記生体情報信号の波形が、各々、４波周期、３波周期、２波周期、と順次変化する様子を示している。

図３において、記号Ａは搬送波を表し、記号Ｂは共振起動部１０５を起動するために共振起動発振部１０４から共振起動部１０５に出力される起動信号のパルス幅を表し、又、記号Ｃは前記起動信号の周期を表している。後述する図６においても同一記号を用いて表している。
アンテナ共振部１０６からの送信出力は、４波周期、３波周期、２波周期の順で大きくなる。詳細は後述するが、電池部１０９の供給電圧が低下するに従い、起動信号の周期を、４波周期、３波周期、２波周期の順で変更するようにしている。
図６は、本第１の実施の形態に係る生体情報送信機の動作を説明するためのタイミング出力電力図である。
図７〜図９は、本第１の実施の形態の動作を説明するための特性図である。

以下、図１〜図９を用いて、本第１の実施の形態の動作を詳細に説明する。
心拍信号検出部１０１は身体から得られる心拍信号Ｓ１を検出して出力する（図１、図６参照）。心拍信号増幅部１０２は心拍信号検出部１０１が検出した心拍信号Ｓ１を増幅して、心拍信号送信制御部１０３に出力する。
心拍信号送信制御部１０３は、心拍信号増幅部１０２から受信した心拍信号Ｓ１に同期して、共振起動発振部１０４及び共振起動部１０５に制御信号Ｓ２を出力し、心拍信号Ｓ１に同期して起動信号Ｓ３を出力するように共振起動発振部１０４を制御すると共に、起動信号Ｓ３に応答して生体情報信号を出力するように共振起動部１０５を制御する。

一方、電圧検出部１０８は、電池部１０９が供給する電源電圧を検出して、該電源電圧を表す電源検出信号を出力する。素子切換部１０７は、前記電源検出信号に応答して、共振起動発振部１０４が出力する起動信号Ｓ３の周期を、前記電源検出信号に対応する値に設定するように、共振起動発振部１０４に対して起動制御信号を出力する。
共振起動発振部１０４は、心拍信号送信制御部１０３から受信した制御信号Ｓ２に応答して、素子切換部１０７からの起動制御信号に対応する周期で起動信号Ｓ３を出力する。起動信号Ｓ３は、電池部１０９の供給電圧が低いほど、その周期が短くなるような信号である。
共振起動部１０５及びアンテナ共振部１０６は、各起動信号Ｓ３に応答して自励発振動作を行い、生体信号Ｓ１に対応するバースト信号を生体情報信号Ｓ４として心拍計用受信機に送信する。これにより、信号Ｓ２が発生している間、生体情報信号Ｓ４が出力される。

前記生体情報信号Ｓ４の送信動作を更に詳細に説明すると、共振起動部１０５及びアンテナ共振部１０６は起動信号Ｓ３に応答して自励発振動作を開始し、生体情報信号Ｓ４として出力するが、このとき、共振起動発振部１０４は、素子切換部１０７からの起動制御信号に応答して、周期が異なる複数種類（本実施の形態では３種類）の起動信号Ｓ３を出力する。

即ち、電圧検出部１０８は電池部１０９から供給される電源電圧のレベルに応じて前記複数種類（本実施の形態では３種類）の電源検出信号を出力する。素子切換部１０７は、前記電源検出信号に対応する種類の起動制御信号を共振起動発振部１０４に出力し、前記電圧検出部１０８からの電源検出信号に応じた周期の起動信号Ｓ３を発生するように、共振起動発振部１０４を制御する。共振起動発振部１０４は、素子切換部１０７からの起動制御信号に対応する周期の起動信号Ｓ３を共振起動部１０５に出力する。

共振起動部１０５は、各起動信号Ｓ３に応答して、アンテナ共振部１０６とともに自励発振動作を開始し、心拍計用受信機に向けて生体情報信号Ｓ４を送信する。前記起動信号Ｓ３は、電源電圧が第１の所定電圧を超える場合には周期が最大の第１周期（本実施の形態では前記生体情報信号Ｓ４の４波分の周期（図３参照））、電源電圧が前記第１の所定電圧以下で第２の所定電圧以上の場合には前記第１周期よりも小さい第２周期（本実施の形態では前記生体情報信号Ｓ４の３波分の周期（図４参照））、電源電圧が前記第２の所定電圧未満の場合には前記第２周期よりも小さい第３周期（本実施の形態では前記生体情報信号Ｓ４の２波分の周期（図５参照））となるように設定されている。

図７は、自励発振回路の発振周波数と通信距離との関係を示す図である。図７に示すように、通信距離は、４波周期、３波周期、２波周期の順で、送信出力が大きくなるため、それにともなって通信距離が長くなる。
図８は、電池部１０９の供給電圧と通信距離との関係を示す図である。図８に示すように、電池部１０９の供給電圧が低下するに従って、通信距離は短くなる。また、２波周期、３波周期、４波周期の順で、送信出力が小さくなるため、それにともなって通信距離が短くなる。

図９は、電池部１０９の供給電圧の変動に伴って前記起動信号Ｓ３の周期を変化させる様子を示す図である。図９の例では、電池部１０９の供給電圧が２．７Ｖ以下では２波周期、前記供給電圧が２．７Ｖ〜２．９Ｖの間では３波周期、２．９Ｖ以上の場合には４波周期で駆動した例である。
このように駆動することにより、電源電圧が低下した場合でも通信可能な距離が短くなるのを抑制することが可能になる。また、通信可能な距離の変動を抑制することが可能になる。また、電源電圧の値から自動的に自励発振の起動周期を変化させることにより、使用者に意識させること無く、電源電圧低下時でも安定した通信距離を提供できる。

図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る生体情報送信機のブロック図であり、心拍計用送信機の例を示している。前記第１の実施の形態ではハードウェアによって構成したが、本第２の実施の形態では、心拍信号送信制御部１０３、共振起動発振部１０４及び素子切換部１０７の機能を中央処理装置（ＣＰＵ）によって実現するように構成している。尚、図１０では、図１と同一部分には同一符号を付している。

図１０において、心拍計用送信機は、被測定者の心拍信号を検出して出力する心拍信号検出部１０１、心拍信号検出部１０１からの心拍信号を増幅して出力する心拍信号増幅部１０２、起動信号に応答して自励発振動作を行う共振起動部１０５及びアンテナ共振部１０６、電池部１０９の供給電圧を検出して対応する電源検出信号を出力する電圧検出部１０８、心拍計用送信機の各構成要素に電源を供給する電池部１０９、クロック信号等の所定周波数の信号を発生する発振部１００１、起動信号の出力や各種制御を行う中央処理装置（ＣＰＵ）１００２、ＣＰＵ１００２が実行するプログラムを記憶する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１００３、起動信号の周期や心拍データ等のデータを記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１００４を備えている。

ここで、心拍信号検出部１０１及び心拍信号増幅部１０２は生体信号を検出する生体信号検出手段を構成し、電池部１０９は電源手段を構成し、電圧検出部１０８は電源検出手段を構成し、ＣＰＵ１００２は制御手段を構成し、ＲＯＭ１００３及びＲＡＭ１００４は記憶手段を構成している。また、共振起動部１０５及びアンテナ共振部１０６は、ＣＰＵ１００２からの起動信号に応答して自励発振動作を行う自励発振手段として機能すると共に、受信機に対して生体情報信号を出力する出力手段を構成している。

尚、前記第１の実施の形態と同様に、電源は必ずしも電池である必要はなく、また、電池部１０９からは、全ての構成要素へ電力供給する必要はなく、少なくとも前記出力手段に供給するように構成してもよい。また、心拍計用送信機は、チェストベルト（図示せず）に一体的に設けられており、前記チェストベルトによって心拍信号検出部１０１は被測定者の胸に直接接するように装着して使用される。前記被測定者の腕には心拍計用受信機（図示せず）が装着される。

図１１及び図１２は、本第２の実施の形態に係る送信機の動作を示すフローチャートであり、主として、ＣＰＵ１００２がＲＯＭ１００３に記憶したプログラムを実行することによって行う処理を示している。
以下、図１０〜図１２を用いて、本第２の実施の形態の動作を説明する。尚、前記第１の実施の形態の動作と重複する部分については略して説明する。

心拍信号検出部１０１は身体から得られる心拍信号Ｓ１を検出して出力する。心拍信号増幅部１０２は心拍信号検出部１０１が検出した心拍信号Ｓ１を増幅して、ＣＰＵ１００２に出力する。
ＣＰＵ１００２は、心拍信号Ｓ１を受信すると、電池部１０９の供給電圧を表す電圧検出部１０８からの電源信号に基づいて、電池部１０９の供給電圧値を判断する（図１１のステップＳ１１１）。

ＣＰＵ１００２は、電池部１０９の供給電圧が２．７Ｖ以下と判断した場合、２波リピートタイマをセットして、起動信号Ｓ３の周期を２波周期に設定し（ステップＳ１１２）、起動信号Ｓ３の終了回数（起動信号の出力回数）を所定値（例えば３１）に設定した後（ステップＳ１１３）、リピートタイマを起動する（ステップＳ１１８）。
ステップＳ１１１において、ＣＰＵ１００２は、電池部１０９の供給電圧が２．８Ｖ以上と判断した場合、４波リピートタイマをセットして、起動信号Ｓ３の周期を４波周期に設定し（ステップＳ１１４）、起動信号Ｓ３の終了回数（起動信号の出力回数）を所定値（例えば、生体情報信号の波数がステップＳ１１３で設定される波数と同程度になるように１６とする。）に設定した後（ステップＳ１１５）、リピートタイマを起動する（ステップＳ１１８）。

また、ステップＳ１１１において、ＣＰＵ１００２は、電池部１０９の供給電圧が２．Ｖと２．８Ｖの間の電圧と判断した場合、３波リピートタイマをセットして、起動信号Ｓ３の周期を３波周期に設定し（ステップＳ１１６）、起動信号Ｓ３の終了回数（起動信号の出力回数）を所定値（例えば、生体情報信号の波数がステップＳ１１３、Ｓ１１５で設定される波数と同程度になるように２１とする。）に設定した後（ステップＳ１１７）、リピートタイマを起動する（ステップＳ１１８）。

次に、ＣＰＵ１００２は、ステップＳ１１８で起動したリピートタイマが所定時間後にタイムアップすると、共振起動部１０５に対して起動信号Ｓ３を出力する（図１２のステップＳ１２１）。共振起動部１０５及びアンテナ共振部１０６は、起動信号Ｓ３に応答して自励発振動作を行い、生体信号Ｓ１に対応するバースト信号を生体情報信号Ｓ４として心拍計用受信機に送信する。

次に、ＣＰＵ１００２は、設定した終了回数を１減算し（ステップＳ１２２）、残余の終了回数が０か否かを判断し（ステップＳ１２３）、残余の終了回数が０の場合にはリピートタイマをクリアした後に前記最初の処理に戻り（ステップＳ１２４）、残余の終了回数が０でない場合には直ちに前記最初の処理に戻る。
以後、前記処理を繰り返すことにより、ＣＰＵ１００２からは、前記第１の実施の形態と同様に、電池部１０９の供給電圧に応じて、複数の周期（本実施の形態では２波周期〜４波周期）の起動信号Ｓ３が出力され、前記起動信号の周期に応じた電力の生体情報信号がアンテナ共振部１０６から送信されることになる。

したがって、本第２の実施の形態においても、電源電圧が低下した場合でも通信可能な距離が短くなるのを抑制することが可能になる。また、通信可能な距離の変動を抑制することが可能になる。また、電源電圧の値から自動的に自励発振の起動周期を変化させることにより、使用者に意識させること無く、電源電圧低下時でも安定した通信距離を提供できるという効果を奏する。

尚、前記実施の形態では心拍検出の例で説明したが、これに限られず、周期的に発生する生体信号の測定に好適である。例えば、心拍以外にも脈拍や歩行を検出するように構成してもよい。

心拍計のみならず、脈拍計や歩数計等、人の心拍、脈拍、歩行等の生体信号を検出して送信する生体情報送信機に適用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る生体情報送信機のブロック図である。本発明の第１の実施の形態における構成要素の回路部である。本第１の実施の形態に係る生体情報送信機から送信される生体情報信号の波形を示す図である。本第１の実施の形態に係る生体情報送信機から送信される生体情報信号の波形を示す図である。本第１の実施の形態に係る生体情報送信機から送信される生体情報信号の波形を示す図である。本第１の実施の形態に係る生体情報送信機の動作を説明するためのタイミング出力電力図である。本第１の実施の形態に係る生体情報送信機の動作を説明するための特性図である。本第１の実施の形態に係る生体情報送信機の動作を説明するための特性図である。本第１の実施の形態に係る生体情報送信機の動作を説明するための特性図である。本発明の第２の実施の形態に係る生体情報送信機のブロック図である。本発明の第２の実施の形態に係る生体情報送信機の処理を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る生体情報送信機の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１・・・生体情報検出手段を構成する心拍信号検出部
１０２・・・生体情報検出手段を構成する心拍信号増幅部
１０３・・・制御手段を構成する心拍信号送信制御部
１０４・・・制御手段を構成する共振起動発振部
１０５・・・出力手段を構成する共振起動部
１０６・・・出力手段を構成するアンテナ共振部
１０７・・・制御手段を構成する素子切換部
１０８・・・電源検出手段を構成する電圧検出部
１０９・・・電源手段を構成する電池部
１００１・・・発振部
１００２・・・制御手段を構成する中央処理装置
１００３・・・記憶手段を構成するＲＯＭ
１００４・・・記憶手段を構成するＲＡＭ

Claims

生体信号を検出する生体信号検出手段と、前記生体信号検出手段で検出した生体信号に対応する生体情報信号を出力する出力手段と、前記出力手段の送信出力を制御する制御手段と、少なくとも前記出力手段に駆動電力を供給する電源手段と、前記電源手段から供給される電源の電圧を検出して対応する電源検出信号を出力する電源検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記電源検出手段からの電源検出信号に応じて、前記出力手段の送信出力を制御し、
前記出力手段は、前記生体信号に対応する前記生体情報信号を発生する自励発振手段を有し、
前記制御手段は、前記電源検出手段からの電源検出信号に応じて前記自励発振手段の駆動タイミング出力電力を制御することによって、前記出力手段の送信出力を制御することを特徴とする生体情報送信機。
前記制御手段は、前記電源検出手段からの電源検出信号に応じて前記自励発振手段の出力電力を制御することによって、前記出力手段の送信出力を制御することを特徴とする請求項１記載の生体情報送信機。
前記制御手段は、前記電源手段から前記出力手段に供給される電源電圧が所定電圧以下になったとき、前記自励発振手段の駆動周期を所定値に短くすることを特徴とする請求項１記載の生体情報送信機。
中央処理装置と、プログラムを記憶した記憶手段とを備えて成り、
前記中央処理装置は、前記プログラムを実行することにより、前記制御手段として機能することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の生体情報送信機。
前記生体信号検出手段は前記生体信号として心拍、脈拍又は歩行を検出し、
前記制御手段は、前記生体信号検出手段が前記生体信号を検出する毎に、前記生体情報を出力するように前記出力手段を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の生体情報送信機。